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Academic year: 2021

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(1)

BLOQUE 1: Neumática

1

Departamento:

Area:

Ingeniería Eléctrica y Energética Máquinas y Motores Térmicos

CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es

INMACULADA FERNANDEZ DIEGO fernandei@unican.es JUAN CARCEDO HAYA juan.carcedo@unican.es FELIX ORTIZ FERNANDEZ felix.ortiz@unican.es

Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.

Al alumno le pueden servir como guía para recopilar información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes En esta presentación se incluye un listado de problemas en el orden en el que se pueden resolver siguiendo el desarrollo de la teoría. Es trabajo del alumno resolverlos y comprobar la solución

BLOQUE 1: Neumática

2

1.- Neumática Industrial

2.- Hidráulica Industrial

0.- Simbología Neumática e Hidráulica

1.1.- Introducción a la Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento de Aire

1.3.- Generación y Distribución de Aire 1.4.- Actuadores Neumáticos

1.5.- Válvulas Distribuidoras

1.6.- Regulación, Control y Bloqueo 1.7.- Detectores de Señal

1.8.- Control de Actuadores 1.9.- Diseño de Circuitos 1.10.- Ciclos de Operación 1.11.- Marcha-Paro

1.12.- ElectroNeumática

(2)

3

 Humedad del Aire

 Calidad del Aire

 Tratamiento del Aire

 Reguladores de Presión

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

4

 Humedad Absoluta (W): Cantidad de agua contenida por m 3 de aire

 Humedad Relativa (HR):

porcentaje de humedad del aire sobre la humedad máxima

 T rocío : Temperatura por debajo de la cual la humedad ambiente empieza a condensar

El aire atmosférico contiene humedad ambiente (Diagrama Psicrométrico)

Aire Saturado: aire que contiene toda la humedad posible, si se añade más agua esta condensa; la cantidad de agua depende de las condiciones del aire

Humedad del Aire (I)

(3)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

5

 Humedad Absoluta (W): Cantidad de agua contenida por m 3 de aire

 Humedad Relativa (HR):

porcentaje de humedad del aire sobre la humedad máxima

 T rocío : Temperatura por debajo de la cual la humedad ambiente empieza a condensar

El aire atmosférico contiene humedad ambiente (Diagrama Psicrométrico)

Aire Saturado: aire que contiene toda la humedad posible, si se añade más agua esta condensa; la cantidad de agua depende de las condiciones del aire

Humedad del Aire (I)

10 30

50

70

90

110

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

5 10 15 20 25 30 0,95 m

3

/kg as

0,4

0,5

0,6

0,7 0,8 0,9 1,0 H ume dad e specífica ( g/k g

as

)

F.C.S.

0,8

0,85

0,9

Temperatura seca ºC 80%

60%

40%

20%

100%

Lectura de un punto

T s

W

T h T r

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

6 (T BS – T BH )

gasa

humedecida T BS T BH

Aire Termómetros:

• Temperatura de bulbo seco, T BS (T aire )

• Temperatura de bulbo húmedo, T BH (T agua ) T BS = T BH  aire saturado

T BS > T BH  aire no saturado (T BS – T BH ) en tablas  HR

Si (T BS >>> T BH )  HR baja

Si (T BS  T BH )  HR alta

Humedad del Aire (II)

(4)

7 Compresión

supuesta adiabática Al comprimir el aire ↓V  HR ↑ Al comprimir el aire ↑T  HR ↓

La cantidad de agua que es capaz de contener 1 m 3 de aire es función de su temperatura, y no de su presión

W max = f (T)

Predominante

10 m 3 , 1 bar, 20ºC 10 gr agua /m 3 (100 gr de agua)

1,93 m 3 10 bar 292ºC (100 gr de agua)

52 gr agua / m 3 Utilizando

Progases Humedad del Aire (III)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

8

En la cámara del cilindro de un compresor hay 1 litro de aire (P atm ). Que presión

se crearía si se redujera el volumen lentamente hasta 0,1 litros

(5)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

9

En un acumulador de 100 litros el manómetro marca 10 bar cuando la T es de 20ºC. Que presión marcará si la T sube a 35ºC

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

10

En un acumulador de 100 litros el manómetro marca 10 bar cuando la T es de

100ºC. Que presión marcará si la T baja a 20ºC

(6)

11

Un cilindro vertical que soporta una masa de 70 kg, contiene en su cámara un volumen de 5 litros de aire a 20ºC. Cuanto se eleva la masa si su temperatura asciende a 50ºC. (sección del cilindro 10 cm 2 )

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

12

El émbolo de un compresor aspira 1 litro de aire atmosférico a 20ºC. Cuando el

volumen se ha reducido a 0,25 litros se abre la válvula de impulsión y el aire va

hacia un acumulador, ¿a que presión relativa es impulsado, ¿a que T (suponer

sin intercambio de calor)?, ¿qué presión habrá después de llenar un acumulador

de 50 litros si se refrigera a 25ºC?

(7)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

13 Relación de la Temperatura (T), la Humedad del (W) y la Humedad Relativa (HR) del aire Humedad del Aire (IV)

1 2 3 4 5 10 20 30 40 50 100 W (g/m 3 )

T (ºC)

-20 -10 0 10 20 30 40

0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1 HR

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

14

Un compresor aspira 6 m 3 /min de aire a 20ºC y un 60% de HR. Si el aire en la instalación está a 6 bar y 30ºC, calcular la cantidad de agua que condensa al cabo de 8 h de trabajo

1 2 3 4 5 10 20 30 40 50 100 W (g/m 3 )

T (ºC)

-20 -10 0 10 20 30 40

0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1

HR

(8)

15

Humedad del Aire (VII)

-20 0 20 40

-40

Pto de Rocío a P atm (ºC)

0

-20

-40 20 50

-60

Pto de Rocío a P (ºC)

20 Agua (g/m 3 N de aire saturado)

1 52

0,6 2 4 10 30

0,15 0,3 Relación del Pto de Rocío con la

presión del Aire

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

16

Humedad del Aire (VIII)

P abs (bar)

70 20

Agua por m 3 de aire (gr/m 3 )

1 10

2 4

0,3 0,2 0,1 0,4 0,5 0,6 1,0 3 5 7 30

40 50 70 100

2 3 4 5 7 10 14 20 P man (bar) 0 1 2 3 4 6 9 13 19

T del pto de Rocío (ºC)

60 50 40 30 20 10

0

Referencia a

0 bar y 20ºC

Temperatura de Rocío

para Aire Comprimido

(9)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

17 Aire atmosférico, además de humedad, contiene partículas sólidas en suspensión con diámetros entre 0,001 y 100 µm

Al compresor le entran del orden de 122,5 millones de partículas submicrónicas por metro cúbico de aire

Después de la compresión a 7 bar se tienen 857,5 millones/m 3

En el compresor el aire puede “lubricarse”, y formar un aerosol (0,01 a 0,8 micrones), que no puede separarse por filtros cerámicos o centrifugación

En función de la aplicación, el aire necesita una determinada pureza, que queda clasificada según norma

Calidad del Aire (I)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

18

ISO8573.1 : 2001 (E)

CALIDAD

PARTÍCULAS SÓLIDAS Número máximo de partículas por m 3

AGUA Punto de rocío ºC (ppm.vol.) a 7 bar man.

ACEITE (incluye vapor)

mg/m 3 0.1-0.5 µm 0.5-1.0 µm 1.0-5.0 µm

1 100 1 0 -70 (0.3) 0,01

2 100.000 1.000 10 -40 (16) 0,1

3 - 10.000 500 -20 (128) 1

4 - - 1.000 +3 (940) 5

5 - - 20.000 +7 (1240) -

6 - - - +10 (1500) -

Calidad del Aire (II)

(10)

19 CALIDAD

PARTÍCULAS SÓLIDAS AGUA ACEITE

Máximo tamaño µm

Máx. Concen.

mg/m 3

Punto de rocío (ºC)

Máx. Concen.

mg/m 3

1 0,1 0,1 -70 0,01

2 1 1 -40 0,1

3 5 5 -20 1

4 15 8 +3 5

5 40 10 +7 >5

6 - - +10 -

7 - - - -

ISO8573.1

Calidad del Aire (III)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

20 El aire contiene impurezas (óxidos, virutas, …) y humedad, que son perjudiciales para los dispositivos de la instalación

En la toma de aire (aspiración del compresor) hay que instalar un filtro grueso

Se pude disponer un enfriador de aire, mejora el rendimiento del compresor, y seca el aire Si la compresión es por etapas se debe instalar una refrigeración intermedia

En la salida del compresor se instala una unidad de refrigeración, un depósito de purga de condensados, y el depósito acumulador

Finalmente se instala una unidad de mantenimiento: filtro, regulador de presión y lubricador (en deshuso, los nuevos elementos neumáticos no lo necesitan)

Tratamiento del Aire (I)

Entrada de Aire

Filtro

de Aire Enfriador Deshumectador

Compresor

Separador de Aceite

Enfriador Decantador

Purga

Depósito Acumulador

Unidad de Mantenimiento

Suministro a

la Instalación

(11)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

21 Filtro de aire: Retiene partículas sólidas y agua

condensada (cambio de dirección, choque, centrifugado, filtro; purga Presión y Tª máxima admisible

Filtros secadores: material adsorbente

Regulador de presión: consigue P estable en la instalación (la P del compresor es mayor que la de uso, el acumulador y el regulador reducen el nº de arranques del compresor

Resortes y membranas Manómetro

Lubricadores: disminuir el desgaste de las partes móviles Fina niebla de aceite en el aire comprimido (efecto Venturi)

Tratamiento del Aire (II)

http://www.sapiensman.com/

neumatica/neumatica34.htm

http://w w w .tic omperu.com/pedido _empresa.php?n=2&id=146&prod=452&idcat=167

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

22 La lubricación sólo se emplea para:

• Cilindros de alta velocidad (>1,5 m/s)

• Cilindros grandes (Ø > 125 mm)

• Máquinas antigüas

Tratamiento del Aire (III) Unidad de Mantenimiento

http://maqlab.uc3m.es/NEUMATICA/Capitulo1/C1_apartado3.htm

Si se lubrica hay que tener cuidado con el aire de escape, ya que contiene aceite, que contamina el aire

del local, y en determinadas condiciones puede arder

(12)

23

Exigencias:

• pequeña pérdidas de carga

• gran duración

• fácil cambio o mantenimiento

• protección absoluta del equipo (sin productos corrosivos )

Etapas:

1. Prefiltro, 98% efic. 10 µm 2. Paneles específicos 3. Filtro 98% efic. 4 µm 4. Filtro final 99.7% efic. 2 µm Tratamiento del Aire (IV) Filtros (I)

http://www.atlascopco.com/microsites/images/leaflet%20compressed%20air%20filters_tcm487-1045690.pdf

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

24

Los filtros estándar van equipados:

• Deflector centrífugo: separa mecánicamente la mayor parte de los contaminantes, que caen en la zona inferior al pasar a través de las aberturas existentes en el deflector-separador inferior Los condensados decantan en el fondo, donde se extraen manual o automáticamente

(retiene más del 99% de retención del agua)

• Elemento filtrante de plástico sinterizado de 5 micras de porosidad. Retiene en su superficie (fácil limpieza) gran cantidad de contaminantes sin una caída de presión significativa

Tratamiento del Aire (IV) Filtros (II)

http://www.elion.es/descargar/catalogos/catalogos

-representadas/catalogos-pdf/wilkersonG.pdf

(13)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

25

Tratamiento del Aire (IV) Filtros (III)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

26

• Caudal 5 –12 l/s

• Presión de trabajo hasta 10,5 bar

• Temperatura de trabajo hasta 32°C

• Carga adsorbente de gel de sílice

• Vaso de policarbonato transparente

• Brida de desmontaje rápido

• Protección del vaso en chapa perforada

• Punto de rocío a presión atmosférica -43°C

• Temperatura de regeneración +178°C

• Por adsorción:

Tratamiento del Aire (V) Filtros Secadores (I)

http://www.pneumac.qc.ca/catalogues/SuperDry/PDF/FlyerFax.pdf

(14)

27

• Por membrana:

Esquema del secador de membrana A: Cabezal (entrada / salida)

B: Caja del filtro C: Nanofiltro

D: Elemento de membrana con tubo central E: Tobera con adaptador

F: Purgador de flotador

(1) El aire comprimido húmedo entra por el cabezal (A) y fluye a través del tubo central (D).

(2) El nanofiltro (C) extrae partículas y aerosoles. El condensado separado se drena (F). El aire comprimido húmedo fluye por el interior de la membrana.

(3) Una parte del aire comprimido se desvía y se expande en la tobera (E).

(4) Este aire de barrido seco se conduce a través de la cara exterior de las membranas (D).

(5) Es decir por el interior pasa el aire comprimido húmedo y por el exterior el aire de barrido seco. Debido a la diferencia de humedad se difunde humedad del aire comprimido al aire de barrido.

(6) El aire comprimido seco sale.

(7) El aire de barrido accede al ambiente.

Tratamiento del Aire (V) Filtros Secadores (II)

http://support.boge.com/www/support/prospekte.nsf/

59EC9E4A185B539CC1257B1F0054064F/$file/369_ES_Dryers.pdf

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

28 El vapor se difunde hacia el exterior a través de la

membrana

En la salida el aire se expande y la humedad condensa bruscamente

Presión máxima de entrada 10,5 bar Presión mínima de entrada 4,1 bar Temperatura de trabajo hasta 52°C

Calidad requerida para el aire a la entrada: ISO Clase 1,- ,1**

Relación de aire usado para purga 20%

Punto de rocío a presión atmosférica -20°C Prefiltro submicrónico recomendado

• Por membrana:

Tratamiento del Aire (V) Filtros Secadores (II)

(15)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

29 Están diseñados para la separación de partículas sólidas, agua y

aerosoles de aceite por debajo de 0.01 micras

El máximo contenido de aceite remanente en el aire saliente del filtro es por debajo de 0.01 ppm a 21°C y una presión de 7 bar

El aire entra al interior del elemento filtrante y fluye a través de:

• una pantalla perforada de acero inoxidable

• una capa de microfibras (filtrante)

• una cubierta de plástico esponjoso (aglutinador)

Las partículas de gran tamaño caen al fondo del vaso. La extracción de los condensados se realiza con purga automática por flotador La duración del elemento filtrante es limitada, se recomienda la instalación previa de un filtro estándar para alargar la vida

Un indicador de presión diferencial sirve para saber el estado de saturación del elemento

• Coalescente

Tratamiento del Aire (VI) Filtros Submicrónicos (I)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

30 El aire proporcionado por estos filtros es muy limpio con bajo contenido de aceite (inferior a 0,003 ppm a 20ºC y 7 bar de presión)

El aire comprimido después de pasar por un filtro submicrónico, todavía puede contener vapores de aceite y/o olores relacionados con el vapor de aceite de engrase del compresor

El elemento filtrante posee un granulado de carbón activado, soportado por microfibras neutras de borosilicato estratificado. En los elementos de tamaños menores, el granulado de carbón activado está contenido dentro de una cápsula de plástico con insertos de filtro en plástico poroso

El elemento filtrante solo puede retener partículas gaseosas secas. Si el flujo del aire transporta líquidos pierde su eficacia, por lo que estos filtros se deben instalar a continuación de un filtro submicrónico

• Carbono activo, desecante

Tratamiento del Aire (VI) Filtros Submicrónicos (II)

http://www.elion.es/descargar/catalogos/

catalogos-representadas/catalogos-pdf/

wilkersonG.pdf

(16)

31 Prefiltro

(5 micras) F. submicrónico F. Submicrónico carbón activado Manómetro diferencial

• Instalación:

Filtros Submicrónicos (II) Tratamiento del Aire (VI)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

32 Eficiencia entre el 98 y 99% con

partículas entre 10 y 50 μm

Tratamiento del Aire (VII) Filtros de Aceite

http://www.valin.com/Newsletters/2012/November/Life-

Science/Parker-Domnick-Hunter-Oil-X-Air-Filters.PDF

(17)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

33 Aseguran un contenido elevado de macropartículas de aceite

suspendidas dentro del flujo del aire comprimido, permitiendo así una adecuada lubricación interna, de los dispositivos accionados con aire comprimido

La lubricación puede considerarse eficaz hasta distancias de unos 7 metros, no obstante las partículas de tamaño más pequeño pueden llegar a distancias muy superiores

Una vez ajustada a voluntad la proporción aire/aceite, la pulverización de aceite se regula automáticamente en función de las variaciones de caudal

Venturi

La lubricación sólo se emplea para:

• Cilindros de alta velocidad (>1,5 m/s)

• Cilindros grandes (Ø > 125 mm)

• Máquinas antigüas

Tratamiento del Aire (VIII) Lubricadores (I)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

34 El aceite tiene en el depósito la misma presión de la entrada a

través de una válvula de presurización

La diferencia de presión entre la entrada y la salida, creada al circular el aire, obliga al aceite a ascender a través del filtro y tubo sifón y caer por el goteador

Hay un tornillo de regulación con punta de aguja que permite dosificar, con precisión, la intensidad del goteo, o sea la riqueza de aceite pulverizado en el flujo de aire

Si se lubrica hay que tener cuidado con el aire de escape, ya que contiene aceite,

que contamina el aire del local, y en determinadas condiciones puede arder

Tratamiento del Aire (VIII) Lubricadores (II)

(18)

35

Normal:

código verde

P 1 P 2

P 1 P 2

Micro:

código rojo

P 1 P 3

P 1

P 2 Tratamiento del Aire (VIII) Lubricadores (III)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

36

2

4 6

8

10 40 80

120 lbf/in2

P1

bar

P2

2

4 6

8

10 4080

120 lbf/in2 bar

P1 P2

2

4 6

8

10 4080

120 lbf/in2 bar

P1 P2

Aumento de presión

Presión estabilizada Al apretar aumenta

el orificio de paso

Reguladores de Presión (I)

(19)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

37

P1 P2

2

4 6

8

10 4080

120 lbf/in2 bar

2

4 6

8

10 4080

120 lbf/in2 bar

P1 P2

2

4 6

8

10 40

80 120 lbf/in2

P1

bar

P2

Reducción de presión

Presión estabilizada Al soltar disminuye

el orificio de paso Reguladores de Presión (II)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

38

P1 P2

2 4 6

8 10 4080

120 lbf/in2 bar

Reguladores de Presión (III) Con Filtro Incorporado

(20)

39

P1 P1 P1 P1 P1 P1

Reguladores de Presión (IV) Múltiples en Linea

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

40 Abre con una

sobrepresión

Reguladores de Presión (V) Válvulas de Alivio -Descarga

(21)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

41 Variantes de filtros

1 Unidad de refrigeración posterior 2 Acumulador

3 Filtro del conducto principal con descarga automática

4 Filtro estándar 5 Microfiltro

6 Secador por frío 7 Filtro submicrónico 8 Filtro de carbón activo 9 Secador por absorción

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

42

(22)

43

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

44 Tipos y aplicaciones de lubricadores

1 Unidad de refrigeración 2 Acumulador

3 Lubricador de presión diferencial 4 Lubricador estándar

5 Lubricador múltiple

6 Lubricador por impulsos

7 Microlubricador

(23)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

45

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

46

(24)

47 Esquema con diversos tipos de reguladores

1 Refrigeración posterior 2 Acumulador

3 Regulación de la línea principal 4 Regulador estándar

5 Válvula reguladora (estrangulación y antirretorno) 6 Regulador fino

7 Regulador fino con gran escape de la presión secundaria 8 Unidad consumidora

Esquema con diversos tipos de reguladores

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

48

(25)

BLOQUE 1: Neumática 1.- Neumática Industrial 1.2.- Tratamiento del Aire

49

Referencias

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